一种led灯具设计方法
【专利摘要】本专利公开了一种LED灯具设计方法，主要特征在于从LED芯片光通量随结温、正向工作电流的拟合关系出发，结合LED灯具的光学效率、电学效率，通过调整LED芯片的数量与正向工作电流，使得LED灯具的输出总光通量及总功率满足设定的目标，从而获得LED灯具设计方案。可以通过多次循环计算，得到不同的LED灯具设计方案，进而进行LED芯片之间的比较，选择最佳方案。
【专利说明】
一种LED灯具设计方法
技术领域
[0001 ]本发明属于LED技术领域，具体涉及一种LED灯具设计方法。
【背景技术】
[0002] 随着LED技术成熟、成本下降、光色性能提升，LED灯具逐渐成取代传统光源，成为 照明的首选。尤其在办公照明、超市照明、停车场照明等领域，LED以其在节能、寿命上的突 出优势，所占的市场份额逐年提升。
[0003] 然而，由于影响LED灯具光通量的因素非常多，温度、驱动器功率、灯具的光学效 率、材料的特性等等，都会影响最后LED灯具输出的光通量。因此，对于一款LED产品，如何选 择合适的LED芯片产品，如何确定LED芯片数量、驱动功率等，都具有一定的难度。
[0004] 对于一颗特定的LED芯片，由于其本身是非线性器件，其光通量与正向电流（If)、 结温(T〇成非线性关系。总体上，LED发光的光通量随正向电流的增大而增大，正向电流越 大，其变化的斜率越小。LED发光的光通量随温度的升高而减小。LED芯片的发光光通量随结 温⑴)和正向电流(I f)的变化特性可用如下公式进行拟合：
[0011] 在LED灯具设计时，为了获得最高的光效或最小能耗，LED芯片通常不是在额定功 率点上工作，其工作电流通常会偏离额定电流。此时，LED芯片发光的光通量就可以根据上 述拟合公式计算得到。根据LED灯具设计的目标光通量、功率范围，通过调整LED的正向工作 电流(If)和LED芯片的数量，可设计得到目标LED灯具设计方案。
[0012] 本专利提出了一种LED灯具的设计方法，其主要特点在于通过取点及拟合，获得 LED芯片的光通量随结温(L)和正向电流(If)的变化关系。以LED灯具采用的光学结构、光学 材料特性、驱动器功率为已知参数，通过调整正向电流（If)和LED芯片的数量，使得整灯输 出光通量及整灯功率满足设计目标，获得LED灯具的设计方案。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的在于提出一种LED灯具的设计方法。本发明基于LED芯片的光通量与 结温(L)和正向电流(If)中间的变化关系，以LED灯具采用的光学结构、光学材料特性、驱动 器功率为已知参数，通过调整正向电流（I f)和LED芯片数量的取值，使得LED灯具的整灯输 出光通量及整灯功率满足设计目标。
[0014] 本发明提出的LED灯具的设计方法主要通过计算机计算得到，其具体步骤如下：
[0015] 步骤一:确定LED灯具所要达到的目标光通量、总功率上限，作为后面计算的目标， 并确定LED灯具采用的光学结构、光学材料特性、驱动电源特性等边界属性，作为后面计算 的固定量；
[0016] 步骤二：以LED芯片的数据手册出发，根据光通量9与结温L及正向电流If的有限 个数据点，拟合得到LED芯片的光通量（(p)随结温⑴)和正向电流(I f)的变化关系；
[0017]步骤三:根据步骤一中确定的LED灯具所要达到的目标光通量，结合LED芯片的额 定光通量，计算得到所需要的LED芯片数量初始值N=目标总光通量/(LED额定光通量*光学 器件的光效），向上取整，其中光学器件的光效根据步骤一中确定的LED灯具采用光学结构、 光学材料特性而定；
[0018] 步骤四：比较此时LED灯具的总功率(N*单颗LED芯片的功率/驱动电源效率)是否 满足功率要求，其中驱动电源效率根据驱动电源特性而定，如果LED灯具的总功率小于总功 率上限值，符合要求，得到工作电流（If)和应采用的LED芯片颗数(N)，如果LED灯具的总功 率大于总功率上限值，则不满足要求，进入下一步骤；
[0019] 步骤五:增加LED芯片数量(N增加1或更多），LED灯具输出光通量超过步骤一中设 定的目标值，同时，降低正向工作电流If，使得LED灯具输出光通量降低，直至与灯具目标光 通量相同，查看此时LED灯具的总功率是否比步骤四中计算得到的总功率值小:如果比步骤 四中的总功率值小，再查看此时LED灯具的总功率是否比步骤一中确定的目标功率低，如果 比目标功率低，则满足设计目标，输出结果;如果LED灯具的总功率仍然大于目标功率值，再 重复本步骤中的内容，增加LED芯片数量，降低正向工作电流If，知道LED灯具的总功率值小 于总功率上限;如果LED灯具总功率比步骤四中的总功率大，则进入步骤六；
[0020] 步骤六:减少LED芯片数量(N减少1或更多），LED灯具输出光通量会降低，低于步骤 一中设定的目标值，同时增大LED芯片的正向工作电流If，LED灯具的输出总光通量随着工 作电流的增大而提高，直到它等于或略高于目标总光通量，查看此时LED灯具的总功率是否 比总功率上限值小：如果满足，则优化完成，输出优化结果，如果还是大于总功率上限值，则 再重复本步骤，减少LED芯片数量，增大LED芯片的正向工作电流If，直到灯具的总功率值小 于总功率上限；
[0021] 步骤七:若通过上述六个步骤，得到了 LED灯具输出总光通量等于或高于步骤一中 确定的目标总光通量，而LED灯具的总功率小于步骤一中确定的目标总功率，此方案(LED芯 片、芯片数量、工作电流)作为LED灯具设计方案输出；若通过上述六个步骤，还是无法获得 满足要求的方案，则此款LED芯片不适用与本LED灯具。
[0022] LED灯具设计方法，目前还没有发现类似拟合及优化方法。与普通的LED芯片选择 方法相比，通过拟合LED芯片的光通量（cp)随结温(TJ和正向电流（If)的变化关系，并结合 LED灯具光学特性、驱动特性、环境温度等参数进行循环计算，获得可靠的LED灯具设计方 案，使得LED灯具设计更加方便、准确，降低LED灯具设计周期与设计成本。
【附图说明】
[0023] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的不当限定，在附图中：
[0024] 图1是本发明中所述的LED芯片光通量与正向电流所成的非线性关系示意图；
[0025] 图2是本发明中所述的流程示意图。
[0026]图3是本发明中所述的MJT5630芯片的光通量与正向电流的关系图。
【具体实施方式】
[0027] 以下结合附图对本发明做详细说明，在此本发明的示意图以及说明用来解释本发 明，但并不作为对本发明的限定。在阅读了本发明说明的方法后，对本发明进行改动，这些 等价形式同样在本权利要求书所限定的范围之内。
[0028] 以SEOUL SEMICONDUCTOR首尔半导体型号为MJT5630的LED芯片为应用实例对本发 明的【具体实施方式】进行详细说明。本李忠 LED灯具设计方法主要通过循环计算得到，具体流 程如图2所不。
[0029] SEOUL SEMICONDUCTOR首尔半导体型号为MJT5630的LED芯片的光通量与正向电流 If的关系图如图3所不。
[0030] 根据SEOUL SEMICONDUCTOR首尔半导体提供的LED芯片的数据手册，可拟合得到 MJT5630LED芯片光通量与正向电流If的关系式，其各项参数的拟合值如表1所示。
[0031] 表1:各光源的生理周期影响因子acv值
[0033 ]根据表1中的拟合值，结合LED芯片发光光通量随结温(T j)和正向电流（I f)的拟合 公式，即可计算得到某工作电流下，LED芯片的发光光通量。
[0034]在本例中，LED灯具的目标总光通量为35001m，总功率目标为27W。灯具的光学效率 设置为0.85,驱动效率为0.92,环境温度35°C。根据本专利所述的择优方法，可以得到结果 为：
[0035] 正向工作电压If:74mA;
[0036] LED芯片数量N: 56颗；
[0037] 灯具输出总光通量：35inm;
[0038] 灯具总功率：26.9W;
[0039] 灯具发光效率：130.71m/W。
【主权项】
1. 一种L邸灯具设计方法，其特征在于，包括w下步骤： 1) 确定L邸灯具的总光通量目标及总功率目标； 2) 通过数据挖掘、拟合，得到LED忍片的光通量(φ)随结溫化)和正向电流(If)的变化关 系； 3) 根据LED忍片的额定功率，结合LED灯具的光学效率、电学效率，估算需要使用的LED 忍片数量； 4) 通过循环计算，得到L抓灯具输出总光通量满足目标、L抓灯具总功率满足目标的情 况下，所需L邸忍片的数量、工作电流； 5) 若循环计算得到满足要求的结果，则输出优化结果(正向工作电流及Lm)忍片数量）， 反之，在此条件下无解决方案。2. 如权利要求1所述的Lm)灯具设计方法，其特征在于，用拟合公式表达Lm)忍片光通量 与正向工作电流之间的关系，方便后面的优化、计算。3. 如权利要求1所述的Lm)灯具设计方法，其特征在于，通过循环计算，寻找Lm)忍片数 量和工作电流的理想组合，使得L邸灯具的总光通量及总功率满足要求。4. 如权利要求1所述L抓灯具设计方法，其特征在于，L抓忍片光通量与溫度及正向工作 电流之间的拟合关系，可通过数据手册提取得到，也可W通过L邸忍片样件检测得到。5. 如权利要求1所述的L邸灯具设计方法，其特征在于，可W通过多次循环计算，得到不 同的L邸灯具设计方案，进而进行L邸忍片之间的比较，选择最佳方案。
【文档编号】F21Y115/10GK105840997SQ201610251619
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】王渊
【申请人】予众信息科技（上海）有限公司